Hard disk nasıl çalışır? - Kanawat Senanan

Dersin tamamı: http://ed.ted.com/lessons/how-do-hard-drives-work-kanawat-senanan

Modern hard diskler neredeyse yerel kütüphanenizden daha fazla veri içerebiliyor. Peki ama öylesine çok veriyi, küçücük bir alana nasıl sığdırıyor? Kanawat Senanan, bu inanılmaz güçlü ve özenli aracın ortaya çıkmasına katkısı olan mühendis, malzeme bilimci ve kuantum fizikçilerini ayrıntılı olarak anlatıyor.

Ders: Kanawat Senanan, animasyon: TED-Ed.

Yeryüzünün 1 mm üzerinde uçan
bir uçak hayal edin.

Dünyanın çevresini
her 25 saniyede bir turlarken,

her bir çim yaprağını da sayıyor olsun.

Şimdi bu manzarayı avuç içinize
sığacak kadar küçültün.

İşte modern hard disklere
eşdeğer birşeyiniz oldu.

Neredeyse yerel kütüphaneden
daha fazla veri barındırabilir.

Peki bu kadar küçük bir alana,
o kadar veri nasıl depolanıyor?

Hard disklerin içinde yüksek hızda dönen
istiflenmiş diskler bulunur.

Ayrıca her bir yüzeyin üzerinde uçan
kaydedici kafalar vardır.

Her bir disk, mikroskopik manyetize metal
tanecikleri şeridi ile kaplıdır.

Verileriniz orada pek de
tanıdık biçimde depolanmaz.

Her şey, şeritteki tanecik toplulukları
tarafından biçimlendirilen

manyetik bir desen olarak kayıtlıdır.

Bit olarak da bilinen her toplulukta,

orada bulunan taneciklerin
hepsinin manyetiklikleri

sıfırlara ve birlere karşılık gelen

iki olası durumdan
biri olarak hizalanmıştır.

Veriler diske,

bit dizilerinin elektromıknatısla
beslenen elektrik akımına

dönüştürülmesi ile yazılır.

Mıknatıs, metal taneciğinin
manyetikliğinin yönünü

değiştirmeye yetecek denli
güçlü bir alan üretir.

Bu bilgi diske bir kez yazıldığında,

tekrar kullanışlı biçime sokmak için
manyetik bir okuyucu kullanılır;

tıpkı bir gramofon iğnesinin
kaydı sese dönüştürmesi gibi.

Peki ama sadece sıfırlardan ve birlerden
nasıl bu kadar çok veri alınabilir?

Onlardan çok çok fazlasını
biraraya getirerek.

Örneğin, tek bir harf
bir byte (8 bit) ile temsil edilir.

Ortalama bir fotoğraf
birkaç megabyte yer tutar.

Her bir megabyte ise
8 milyon bit demektir.

Her bitin diskteki fiziksel bir alana
yazılması gerektiğinden,

hep diskin alansal yoğunluğunu
arttırma yolları ararız.

Bir inç karelik alana sığabilecek
bit sayısını arttırmak isteriz.

Modern bir hard diskin alansal yoğunluğu
inç kare başına yaklaşık 600 gigabittir.

IBM'in 1957'de ürettiği ilk hard diskten
300 milyon kat büyüktür bu.

Depolama kapasitesindeki
bu inanılmaz ilerleme,

herşeyi küçültme meselesinden
ibaret değildi.

Çok sayıda başka yenilikle de ilgisi var.

İnce film litografi işlenmesi
denilen bir teknik

mühendislerin okuyucuyu ve
yazıcıyı küçültebilmesini sağladı.

Ayrıca okuyucu küçülmesine rağmen
daha duyarlı hale geldi.

Bu da maddenin manyetik ve kuantum
özelliklerindeki keşifler sayesindedir.

Ayrıca gürültüyü manyetik girişimden
ayırabilen ve geri okunan sinyalin

her öbeğindeki en uygun bit dizilerini
bulan matematiksel algoritmalarla,

bitlerin birbirlerine daha yakın
paketlenmeleri mümkün oldu.

Kafanın ısısal genleşme kontrolü,

manyetik yazıcının altına
bir ısıtıcı yerleştirilerek sağlandı.

Böylece kafa, disk
yüzeyinden 9 nanometreden,

yani iki DNA teli genişliğinden
daha alçakta uçabildi.

Geçtiğimiz birkaç on yıl içinde,

bilgisayar depolama kapasitesindeki ve
işlemci gücündeki üstel büyüme,

Moore Yasası olarak
bilinen bir desen izledi.

Yasa 1975'te bilgi yoğunluğunun
her iki yılda bir,

iki katına çıkacağını öngörmüştü.

Ama inç kare başına 100 gigabit için

manyetik tanecikleri küçültüp sıkıştırmak

süpermanyetik etki denilen
yeni bir risk doğurdu.

Bir manyetik tanecik hacmi
aşırı küçük olduğunda,

manyetizasyonu ısı enerjisi
ile kolayca etkilenip,

bitlerin istenmeyen değişimlerine ve
dolayısıyla veri kaybına

neden olabiliyor.

Bilimciler bu sınırlamayı
oldukça basit bir yolla çözdü:

Kaydın yönünü yataydan
dikeye çevirdiler.

Bu da alansal yoğunluğun 2,5cm (1 inç) kare
başına bir terabite yaklaşmasını sağladı.

Yakın zamanda, ısı yardımlı
manyetik kayıt yoluyla

potansiyel limit daha da arttırıldı.

Bu, belli bir noktanın

lazerle ısıtılarak manyetik direnci

anında düşürülen ve
veri yazılmasını sağlayan,

ısısal olarak daha
dengeli bir ortam sağlıyor.

Bu diskler şu anda
prototip aşamasında olsa da,

bilimciler bir başka yeniliğin peşinde:

bit-desenli ortam.

Burada bit konumları ayrı ayrı,
nano boyutlu yapılarda

düzenleniyor ve potansiyel olarak
alansal yoğunlukların

2,5 cm kare başına 20 terabite
kadar çıkmasını sağlıyor.

Avucunuza sığabilen bu güçlü araç,

çok sayıda

malzeme bilimci

ve kuantum fizikçisinin

ortak çabalarının bir ürünü.